Главная


Металловедение сварки стали и сплавов титана




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 19 ... 57 ... 95 ... 133 ... 171 ... 209 ... 247 ... 285 ... 323 ... 336
76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113


скачать книгу Металловедение сварки стали и сплавов титана




В противоположность этому для сплавов титана потребовались спе­циальные исследования влияния водорода (см. гл. VI), так как обеспе­чить его отсутствие в основном металле и металле шва при современном уровне металлургического производства без применения специальных мер пока не удается. В то же время опасные для сварки концентрации этого эле­мента в сплавах титана пока не установлены.
...
Для того чтобы результаты испытаний стали и сплавов титана по методике ИМЕТ-4 могли быть использованы не только для сравнительной оценки сопротивляемости их задержанному разрушению, но и для оценки склонности к образованию холодных трещин при сварке реальных свар­ных соединений, необходимо устанавливать корреляцию между резуль­татами этих испытаний и сварки проб различной жесткости.
...
Для сравнительной оценки склонности закаливающихся перлитных и мартенситных сталей к образованию холодных трещин при сварке наибольший интерес представляют две современные пробы — GTS (Con­trolled Thermal Severity — регулируемая термическая л^есткость) и крестовая. Они с успехом применяются при выборе марок сталей для сварных конструкций и при разработке режимов и технологии их сварки и сварочных материалов. Обе эти пробы широко известны и достаточно хорошо изучены. Наши сравнительные исследования этих проб пока­зали, что проба CTS является менее жесткой, чем крестовая 1124—126].
...
Рис. 35. Сварные жесткие пробы для оценки склонности закаливающихся сталей к образованию холодных трещин: о — проба CTS
...
жание же водорода в современных легированных сталях ниже и не пре­вышает 0,3—0,4
...
После сварки и вылеживания образцов в течение более семи суток поперек каждого контрольного шва (КН
...
Критериями оценки склонности стали к образованию холодных тре­щин в этих испытаниях служит наименьшая (критическая) ступень ско­рости охлаждения, при которой начинают появляться трещины, и отно­шение длины L
...
Работами ряда английских исследователей [129—132] было устано­влено соответствие между образованием холодных трещин при сварке этой пробы и критическими температурами 50%-ного превращения аусте­нита и конца мартенситного превращения. Например, при сварке Мп— Cr—Ni сталей электродами с рутиловым покрытием критическая тем­пература 50%-ного превращения соответствует 290° [129]. Если в про­цессе сварки данной стали при определенных условиях охлаждения и жесткости 50%-ное превращение соответствует более низкой темпера­туре, то в околошовной зоне, как правило, образуются трещины, и тем в большем количестве, чем ниже эта температура превращения. В этих работах образование трещин связывалось в основном с развитием напря­жений второго рода вследствие частичного или полного мартенситного превращения аустенита и сопровождающего его выделения водорода, влияние которого, в частности, проявляется в снижении температуры конца мартенситного превращения. При применении низководородистых электродов эта критическая температура снижается с 290 до 245° [130— 132]. По данным этой пробы, одной из наименее склонных к образованию холодных трещин сталей является Мо—В—сталь (марка Fortiweld), имеющая в стандартном интервале исследованных скоростей охлаждения температуру 50%-ного превращения, равную 425°, и преимущественно бейнитную структуру [128].
...
В качестве дополнительных критериев для анализа результатов этой пробы целесообразно применять: максимальную твердость и
...
Крестовая проба получила в СССР и США более широкое приме­нение для оценки склонности сталей к образованию холодных трещин при сварке, чем проба CTS. Размеры образца крестовой пробы, указан­ные на рис. 35,
...
После сварки и вылеживания образцов в течение более семи суток поперек каждого контрольного шва
...
вают второй шов и т. д. Температуру подогрева контролируют термопа­рой, спай которой приваривают на расстоянии 25—30 мм
...
Результаты крестовой пробы и экспериментально измеренные пара­метры термических циклов околошовной зоны 1-го и 4-го швов приве­дены в табл. 8. Режимы сварки были такими же, как и в табл. 7; регули­рование qlv
...
вают второй шов и т. д. Температуру подогрева контролируют термопа­рой, спай которой приваривают на расстоянии 25—30
...
Однако обратные мартенситные превращения принципиально воз­можны в условиях достаточно быстрого непрерывного нагрева и начи­наются при температурах выше Т0
...
дистых сталях (в частности, эвтектоидного состава) диффузионные про­цессы не удается подавить даже при нагреве со скоростями до 15 ООО— 16 ООО град/сек,
...
Однако в ряде легированных сталей с относительно невысокими тем­пературами Т„
...
дистых сталях (в частности, эвтектоидного состава) диффузионные про­цессы не удается подавить даже при нагреве со скоростями до 15 ООО— 16 ООО
...
Некоторые исследователи считали, что превращение перлита в аусте­нит происходит полностью сразу же по достижении критической точки ACl.
...
С увеличением содер­жания углерода в доэвтек-тоидной стали процесс об­разования аустенита из перлита ускоряется за счет увеличения количе­ства карбидной фазы (точ­нее — поверхности разде­ла между нею и ферритом). Объяснить этот эффект за
...
счет ускорения диффузии углерода в аустените нельзя, так как при повы­шении содержания углеро­да в пределах составов до-
...
эвтектоидной стали коэф­фициент диффузии его воз­растает очень мало. Следует отметить, что не только увеличение коли­чества карбидной фазы, но и особенно повышение степени ее дисперсно­сти резко ускоряет скорость превращения (и зарождения и роста), что делает в ряде случаев влияние исходной структуры более заметным, чем химического состава сталей.
...
При быстром нагреве доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей в аусте­ните остается значительное количество нерастворимых карбидов, кото­рые полностью растворяются при температурах, намного превышающих точку АСз.
...
Некоторые исследователи считали, что превращение перлита в аусте­нит происходит полностью сразу же по достижении критической точки
...
и 1,34% Мп [145]. С увеличением скорости нагрева до определенной величины температура начала заметного превращения перлита в аусте­нит изменяется незначительно, но затем с последующим увеличением скорости начинает повышаться все более и более резко. Соответственно изменяется и температура конца превращения.
...
В нашей литературе, в отличие от зарубежной, редко применяются диаграммы анизотермического превращения при нагреве для анализа кинетики превращения в сталях в зависимости от скорости нагрева. Между тем в ряде случаев термической обработки (поверхностная за­калка токами высокой частоты или газовым пламенем) и практически в любых случаях сварки использование этих диаграмм весьма целе­сообразно.
...
Как уже указывалось в § 2 гл. I, из-за трудности изучения кинетики а ^± [З-превращения до сих пор не только пе решен вопрос о
...
Кинетику превращения в аустенит при сварке наиболее просто иссле­довать методом закалки (фиксации структуры) неравномерно нагретых образцов (см. § 3 гл. III). Для оценки точности определения критических точек ACl
...
Метод закалки позволяет не только определять температурный интер­вал превращения перлита в аустенит, но и наблюдать кинетику превра­щения. Например, на рис. 37 показано превращение перлита в аустенит стали 45 при WH = 7,5 и 270 град/сек.
...
и 1,34% Мп [145]. С увеличением скорости нагрева до определенной величины температура начала заметного превращения перлита в аусте­нит изменяется незначительно, но затем с последующим увеличением скорости начинает повышаться все более и более резко. Соответственно изменяется и температура конца превращения.
...
Сравнение данных метода закалки (табл. 9) и дилатометрического анализа (табл. 10) показывает, что в последнем случае температура Ас(а
...
Сравнение данных метода закалки (табл. 9) и дилатометрического анализа (табл. 10) показывает, что в последнем случае температура Ас(а
...
Сравнение данных метода закалки (табл. 9) и дилатометрического анализа (табл. 10) показывает, что в последнем случае температура Ас(а
...
Сравнение данных метода закалки (табл. 9) и дилатометрического анализа (табл. 10) показывает, что в последнем случае температура
...
Положение критических точек по данным дилатометриче­ского анализа (дилатометр ИМЕТ-ДБ) и метода закалки образцов ИМЕТ-1 ,с неравномерным нагревом (скорость нагрева 150 град/сек)
...
Характерно, что в литой стали типа 23Г с грубой исходной феррито-перлитной структурой, с неравномерными скоплениями феррита (при 1^2
...
Сравнивая положение критических точек на диаграмме анизотерми­ческого превращения аустенита стали 23Г (см. рис. 25) с данными диа­граммы рис. 36 для стали того же типа, но с более низким содержанием углерода, можно видеть, что положение точки ACl
...
Как уже указывалось, эти различия связаны с диффузионным харак­тером превращения перлита в аустенит. Наиболее резко превращение
...
замедляется при легировании сталей элементами, образующими устой­чивые карбиды (V, W и Мо), а также при повышенном содержании хро­ма (2%). Однако это обусловлено не только повышением температур­ного порога растворения карбидов, но и снижением скорости диффузии углерода в присутствии этих элементов.
...
В ряде случаев различия в исходной структуре (по степени дисперс­ности карбидных фаз и избыточного феррита) могут оказывать более •сильное влияние на изменение критических точек с увеличением ско­рости нагрева, чем химический состав. Сравнивая, например, стали 45 и 40Х, можно было ожидать, что у стали 40Х повышение критических точек будет более значительным за счет присутствия хрома и несколько меньшего содержания углерода (на 0,1% — см. приложение IA). Однако в действительности наблюдается обратное явление из-за более существен­ного влияния исходной структуры. Сталь 40Х имела структуру равно­мерного мелкозернистого сорбита без крупных участков избыточного феррита, характерных для стали 45. Таким образом, наиболее резкое повышение критических точек наблюдается не только при наличии в стали элементов, образующих устойчивые карбиды, но и в случае грубой фер-рито-перлитной или феррито-карбидной исходной структуры.
...
Температурный интервал а-*6-превращения титана при нагреве был исследован автором и Г. В. Назаровым с помощью дилатометри­ческого анализа на приборе ИМЕТ-ДБ и метода закалки образцов рис. 23, неравномерно нагретых в машине ИМЕТ-1. Наибольший интерес пред­ставляло изучить влияние содержания кислорода на интервал а-*6-пре-вращения. Образцы были изготовлены из титана двух марок: ИМП-1А с 0,25% (02+N2) и ВТ1 с 0,18% (02+N2). В обоих сплавах отношение весовых концентраций 02 : N2 составляло примерно 4 : 1 (см. прило­жение ПА). В исходном состоянии сплавы имели ярко выраженную текстуру прокатки.
...
примерно одинаково. Можно полагать, что повышение температуры точек
...
В техническом титане, как и в сталях, дилатометрический метод более точно выявляет температуру начала превращения. Она оказывается на 40° ниже, чем по данным метода закалки (табл. 14). Температура конца
...
образцов по мере повышения температуры закалки в интервале превра­щения (см. § 8).
...
хих температурах нагрева и преимущественно в изотермических усло­виях. На кинетику процесса гомогенизации аустенита существенное влияние оказывают исходная структура стали и условия нагрева. Раз­личают следующие виды химической неоднородности аустенита: 1) ма­кроскопическую, обусловленную, например, зональной ликвацией; 2) ми­кроскопическую, в относительно малых объемах, обычно в пределах зерна, которая всегда имеет место в гетерофазных сплавах; 3) субмикроскопи­ческую, в пределах тонкой структуры зерна, вызываемую изменениями размеров блоков, субзерен и т. д. Первый тип неоднородности характерен для литой стали и крупных поковок. Второй и третий виды наблюдаются как в литье и поковках, так и в прокате; локальная неоднородность субмикроскопического характера в определенной степени присуща аусте-ниту в любых условиях нагрева и при любой исходной структуре. Как всякий диффузионный процесс, гомогенизация определяется темпера-турно-временными условиями ее протекания. Для гомогенизации аусте­нита литой стали требуются более высокие температуры нагрева и дли­тельные выдержки, чем прокатанной и кованой стали.
...
Еще нет методов, которые позволили бы с полной достоверностью изучать кинетику изменения распределения углерода и ряда легирующих элементов в твердом растворе. Любой из применяемых сейчас методов (авторадиография, микрорентгенография, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвердости, локальный рентгеноспектральный анализ в точке) имеет свои недостатки.
...
Применение радиографии ограничено не только трудностями выплавки и исследования стали с радиоактивными изотопами (С, S, Р и др.), но главным образом недостаточной локальностью метода (увеличение не -свыше 100 раз).
...
Рентгеноструктурный анализ применим для некоторых ограниченных случаев, например для определения концентрации углерода по изме­нению тетрагональности мартенсита. Однако локальность этого метода также недостаточна. С его помощью удается определять только «разбег» в содержании углерода, а также среднее содержание углерода в «основ­ной массе» мартенситных кристаллов, что является весьма условными понятиями [148, 149, 35].
...
Метод микротвердости [150] позволяет исследовать микроскопиче­скую неоднородность в локальных участках зерна с разным содержанием углерода. Кроме того, он пригоден не только для определения твердости мартенсита, по и любых других структурных составляющих. Однако и этот метод имеет существенные недостатки. Он позволяет получать приближенные сравнительные количественные данные лишь о распреде­лении углерода в мартенсите. Оценить распределение других легирующих элементов этим методом трудно. Кроме того, локальность его также огра­ничена тем, что с уменьшением нагрузки получаются отпечатки настолько малых размеров, что точность их измерения (а следовательно, и точность определения твердости) значительно снижается.
...
Микрорентгенографический анализ [121] позволяет получать каче­ственную картину распределения определенных легирующих элементов в пределах зерна. Например, автором этого метода Б. А. Мовчаном была выявлена сегрегация хрома и вольфрама в <виде оторочки по границам первичных зерен в сталях типа ЗОХГС и ХВГ при 1400° в процессе дли­тельной изотермической выдержки и в околошовной зоне при сварке на больших погонных энергиях [151]. Это явление было отнесено к при­чинам, вызывающим перегрев. Микрорентгенографический метод при определенных условиях и допущениях может давать и приближенную количественную оценку химической неоднородности.
...
Локальный рентгеноспектральный анализ в точке (электронным лучом) является новым, весьма перспективным методом, позволяющим определять
...
хих температурах нагрева и преимущественно в изотермических усло­виях. На кинетику процесса гомогенизации аустенита существенное влияние оказывают исходная структура стали и условия нагрева. Раз­личают следующие виды химической неоднородности аустенита: 1) ма­кроскопическую, обусловленную, например, зональной ликвацией; 2) ми­кроскопическую, в относительно малых объемах, обычно в пределах зерна, которая всегда имеет место в гетерофазных сплавах; 3) субмикроскопи­ческую, в пределах тонкой структуры зерна, вызываемую изменениями размеров блоков, субзерен и т. д. Первый тип неоднородности характерен для литой стали и крупных поковок. Второй и третий виды наблюдаются как в литье и поковках, так и в прокате; локальная неоднородность субмикроскопического характера в определенной степени присуща аусте-ниту в любых условиях нагрева и при любой исходной структуре. Как всякий диффузионный процесс, гомогенизация определяется темпера-турно-временными условиями ее протекания. Для гомогенизации аусте­нита литой стали требуются более высокие температуры нагрева и дли­тельные выдержки, чем прокатанной и кованой стали.
...
Еще нет методов, которые позволили бы с полной достоверностью изучать кинетику изменения распределения углерода и ряда легирующих элементов в твердом растворе. Любой из применяемых сейчас методов (авторадиография, микрорентгенография, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвердости, локальный рентгеноспектральный анализ в точке) имеет свои недостатки.
...
Применение радиографии ограничено не только трудностями выплавки и исследования стали с радиоактивными изотопами (С, S, Р и др.), но главным образом недостаточной локальностью метода (увеличение не -свыше 100 раз).
...
Рентгеноструктурный анализ применим для некоторых ограниченных случаев, например для определения концентрации углерода по изме­нению тетрагональности мартенсита. Однако локальность этого метода также недостаточна. С его помощью удается определять только «разбег» в содержании углерода, а также среднее содержание углерода в «основ­ной массе» мартенситных кристаллов, что является весьма условными понятиями [148, 149, 35].
...
Метод микротвердости [150] позволяет исследовать микроскопиче­скую неоднородность в локальных участках зерна с разным содержанием углерода. Кроме того, он пригоден не только для определения твердости мартенсита, по и любых других структурных составляющих. Однако и этот метод имеет существенные недостатки. Он позволяет получать приближенные сравнительные количественные данные лишь о распреде­лении углерода в мартенсите. Оценить распределение других легирующих элементов этим методом трудно. Кроме того, локальность его также огра­ничена тем, что с уменьшением нагрузки получаются отпечатки настолько малых размеров, что точность их измерения (а следовательно, и точность определения твердости) значительно снижается.
...
Микрорентгенографический анализ [121] позволяет получать каче­ственную картину распределения определенных легирующих элементов в пределах зерна. Например, автором этого метода Б. А. Мовчаном была выявлена сегрегация хрома и вольфрама в <виде оторочки по границам первичных зерен в сталях типа ЗОХГС и ХВГ при 1400° в процессе дли­тельной изотермической выдержки и в околошовной зоне при сварке на больших погонных энергиях [151]. Это явление было отнесено к при­чинам, вызывающим перегрев. Микрорентгенографический метод при определенных условиях и допущениях может давать и приближенную количественную оценку химической неоднородности.
...
хих температурах нагрева и преимущественно в изотермических усло­виях. На кинетику процесса гомогенизации аустенита существенное влияние оказывают исходная структура стали и условия нагрева. Раз­личают следующие виды химической неоднородности аустенита: 1) ма­кроскопическую, обусловленную, например, зональной ликвацией; 2) ми­кроскопическую, в относительно малых объемах, обычно в пределах зерна, которая всегда имеет место в гетерофазных сплавах; 3) субмикроскопи­ческую, в пределах тонкой структуры зерна, вызываемую изменениями размеров блоков, субзерен и т. д. Первый тип неоднородности характерен для литой стали и крупных поковок. Второй и третий виды наблюдаются как в литье и поковках, так и в прокате; локальная неоднородность субмикроскопического характера в определенной степени присуща аусте-ниту в любых условиях нагрева и при любой исходной структуре. Как всякий диффузионный процесс, гомогенизация определяется темпера-турно-временными условиями ее протекания. Для гомогенизации аусте­нита литой стали требуются более высокие температуры нагрева и дли­тельные выдержки, чем прокатанной и кованой стали.
...
концентрацию ряда легирующих элементов на относительно малой базе (несколько микрон). Однако его возможности ограничиваются опреде­лением концентрации только элементов с относительно большим атомным номером в равновесных или пересыщенных твердых растворах. Он не позво­ляет определять концентрацию углерода, а также из-за недостаточной локальности исследовать состав карбидной фазы.
...
Таким образом, возможности тонкого изучения процессов гомогени­зации аустенита все еще ограничены, однако существующими методами все же удается установить общие закономерности этого процесса.
...
аустенита в условиях изо­термической выдержки в стали с 0,48% С со струк­турой пластинчатого пер­лита показан на рис. 43 по данным [150]. Длитель­ность растворения карби­дов и гомогенизации аусте­нита при этой температуре весьма высока и состав­ляет около 16 мин.
...
Рис. 43. Кинотика гомогенизации аустенита стали с 0,48°/0 С в процессе изотермической выдеряски при 848° по данным метода микротверд одти [150]
...
Р —0,025, S —0,025, бы­ло установлено, что при нагреве до 840° со скоростью И^„ = 40 град/сек
...
При нагреве до 1000° неоднородность уменьшается: максимальное содержание углерода в мартенсите составляет 0,8—0,9%, а в «основной массе» мартенсита достигает 0,4%, т. е. приближается к среднему в этой стали (при любой скорости нагрева в пределах от 50 до 200 град/сек)
...
При гомогенизации сталей более сложного состава, содержащих карбиды разной степени устойчивости (типа Ме3С, Ме2С, МеС), темпера-
...
концентрацию ряда легирующих элементов на относительно малой базе (несколько микрон). Однако его возможности ограничиваются опреде­лением концентрации только элементов с относительно большим атомным номером в равновесных или пересыщенных твердых растворах. Он не позво­ляет определять концентрацию углерода, а также из-за недостаточной локальности исследовать состав карбидной фазы.
...
тура, соответствующая максимальной неоднородности, повышается. На­пример, для стали ЗОХГСА по данным работы [152] эта температура соответствует 1100° (при скоростях нагрева 25—70 град/сек).
...
Выравнивание концентрации большинства легирующих элементов вследствие весьма малых коэффициентов диффузии (в 103—104 раз меньше, чем для углерода) значительно отстает от гомогенизации аустенита по углероду. В условиях закалки после, быстрого нагрева без длительной выдержки это приводит к получению малолегированного мартенсита с пониженными механическими свойствами.
...
Подводя итог этим данным, следует сделать вывод, что процессы гомо­генизации аустенита по углероду в условиях непрерывного нагрева изу­чены в области сравнительно низких температур, соответствующих усло­виям термообработки, но не сварки, при которой металл нагревается до температур, близких к плавлению. Исследования производились вне связи с положением критических точек i(] и АСз
...
В сплавах легирующие элементы или примеси, понижающие поверх­ностное натяжение, должны, как правило, собираться на поверхностях раздела, т. е. па границах зерен [154], где концентрация таких элементов всегда выше, чем в зерне. Доказательства этого положения были приве­дены не только с позиций термодинамики, но и с точки зрения энергии искажений решетки вокруг растворенных атомов и современных пред­ставлений теории дислокаций [50, 27].
...
Границы зерен представляют собой области с наиболее сильно иска­женной решеткой, в которых вокруг одних атомов растворителя больше свободного пространства, а вокруг других — меньше, чем в неискажен­ной решетке (в зерне). Растворенные атомы большего размера, чем зани­маемые ими места в решетке, легче входят в те места, где решетка уже расширена, и, наоборот, растворенные атомы меньшего размера лучше подходят к местам, в которых решетка сжата [50]. Таким образом, в обоих случаях дополнительные искажения от растворения атомов на границе зерен окажутся меньшими, чем когда растворенные атомы входят в неис­каженную решетку зерна. Поэтому концентрация растворенных атомов на границе зерна будет больше, чем в зерне. Это относится не только к элементам, образующим твердые растворы внедрения (В, С, N, Н) или вычитания (например, О, S и др. для сплавов железа), в которых искажения обычно наиболее резкие, но и к элементам, входящим в твер-
...
тура, соответствующая максимальной неоднородности, повышается. На­пример, для стали ЗОХГСА по данным работы [152] эта температура соответствует 1100° (при скоростях нагрева 25—70
...
дый раствор путем замещения атомов основы и резко отличающимся от последних своими размерами (например, Al, Ti, Nb и др. для сплавов железа).
...
При стремлении системы к равновесию (например, в условиях изо­термической выдержки при температурах, достаточно высоких для диф­фузии) на границах зерен и в зернах устанавливаются соответствующие равновесные концентрации Ст
...
дый раствор путем замещения атомов основы и резко отличающимся от последних своими размерами (например, Al, Ti, Nb и др. для сплавов железа).
...
Температура закалки перед сваркой сплавов, которые не претерпе­вают полиморфных превращений или в которых эти превращения не приводят к измельчению зерна при нагреве, не должна быть слишком высокой из-за опасности чрез- 
...
для установления равновесной концентрации после заверше­ния роста зерна, так как вслед­ствие миграции границ в про­цессе роста зерен концентрация примесей на границах может
...
Температура закалки перед сваркой сплавов, которые не претерпе­вают полиморфных превращений или в которых эти превращения не приводят к измельчению зерна при нагреве, не должна быть слишком высокой из-за опасности чрез-
...
Наиболее простое объяснение захвата легирующих или примесных атомов мигрирующей границей вытекает из известного положения о пре­имущественном развитии пограничной диффузии. Захваченные границей атомы транспортируются вдоль границы быстрее, чем отводятся от гра­ницы в зерно. Однако подобное доказательство возможности повышения неравновесной граничной концентрации в процессе роста зерна справед­ливо для таких примесей и легирующих элементов, у которых способность к сегрегации при высоких температурах значительна (в первую очередь малорастворимые элементы, сильно искажающие кристаллическую ре­шетку) и коэффициенты диффузии не очень резко отличаются от коэффи­циентов самодиффузии атомов металлической основы. Следует также отме­тить, что для любого рода примесных атомов и твердых растворов должны существовать критические соотношения между граничной концентрацией, кривизной границы и температурой, в пределах которых миграция гра­ниц может быть причиной сегрегации. Вне этих пределов либо невозможна миграция, либо она но должна приводить к сегрегации. Существуют и более сложные, но еще недостаточно проверенные представления о дру­гих возможных механизмах взаимодействия мигрирующих границ с при­месными атомами [155].
...
Эти же рассуждения применимы и к границам субзерен и блоков в предположении, что дислокации или их скопления, составляющие эти границы, могут в процессе роста блоков и субзерен перемещаться вместе с атмосферой растворенных атомов [155, 156]. При этом температура преимущественного разрушения «облаков» Котрелла должна быть не слишком низкой, иначе дислокации будут легко освобождаться от при­месных атомов и неравновесная граничная концентрация станет сни­жаться. Движению отдельных дислокаций и границ с малым углом вме­сте с атмосферами примесных атомов должны способствовать напряжения, возникающие при быстром неравномерном нагреве.
...
Обогащение границ зерен в аустените такими элементами, как С, N и О, по-видимому, должно быть выражено слабее, чем в феррите. Это объясняется значительно меньшими размерами промежуточных пустот в объемноцентрированной решетке по сравнению с гранецентрирован-ной [27, 156]. Поэтому с повышением температуры выше АСз
...
Приведенные рассуждения принципиально верны и в том случае, когда концентрация примесей в процессе роста зерна при сварке превы­шает пределы растворимости их по границам, вследствие чего возможно выделение легкоплавких фаз или химических соединений (предполагается отсутствие равновесия между границей и внутренней частью зерна). Этому способствует также и то, что, несмотря на увеличение общей рас­творимости примесей с повышением температуры (за счет растворимости
...
Наиболее простое объяснение захвата легирующих или примесных атомов мигрирующей границей вытекает из известного положения о пре­имущественном развитии пограничной диффузии. Захваченные границей атомы транспортируются вдоль границы быстрее, чем отводятся от гра­ницы в зерно. Однако подобное доказательство возможности повышения неравновесной граничной концентрации в процессе роста зерна справед­ливо для таких примесей и легирующих элементов, у которых способность к сегрегации при высоких температурах значительна (в первую очередь малорастворимые элементы, сильно искажающие кристаллическую ре­шетку) и коэффициенты диффузии не очень резко отличаются от коэффи­циентов самодиффузии атомов металлической основы. Следует также отме­тить, что для любого рода примесных атомов и твердых растворов должны существовать критические соотношения между граничной концентрацией, кривизной границы и температурой, в пределах которых миграция гра­ниц может быть причиной сегрегации. Вне этих пределов либо невозможна миграция, либо она но должна приводить к сегрегации. Существуют и более сложные, но еще недостаточно проверенные представления о дру­гих возможных механизмах взаимодействия мигрирующих границ с при­месными атомами [155].
...
Эти же рассуждения применимы и к границам субзерен и блоков в предположении, что дислокации или их скопления, составляющие эти границы, могут в процессе роста блоков и субзерен перемещаться вместе с атмосферой растворенных атомов [155, 156]. При этом температура преимущественного разрушения «облаков» Котрелла должна быть не слишком низкой, иначе дислокации будут легко освобождаться от при­месных атомов и неравновесная граничная концентрация станет сни­жаться. Движению отдельных дислокаций и границ с малым углом вме­сте с атмосферами примесных атомов должны способствовать напряжения, возникающие при быстром неравномерном нагреве.
...
Обогащение границ зерен в аустените такими элементами, как С, N и О, по-видимому, должно быть выражено слабее, чем в феррите. Это объясняется значительно меньшими размерами промежуточных пустот в объемноцентрированной решетке по сравнению с гранецентрирован-ной [27, 156]. Поэтому с повышением температуры выше АСз
...
Наиболее простое объяснение захвата легирующих или примесных атомов мигрирующей границей вытекает из известного положения о пре­имущественном развитии пограничной диффузии. Захваченные границей атомы транспортируются вдоль границы быстрее, чем отводятся от гра­ницы в зерно. Однако подобное доказательство возможности повышения неравновесной граничной концентрации в процессе роста зерна справед­ливо для таких примесей и легирующих элементов, у которых способность к сегрегации при высоких температурах значительна (в первую очередь малорастворимые элементы, сильно искажающие кристаллическую ре­шетку) и коэффициенты диффузии не очень резко отличаются от коэффи­циентов самодиффузии атомов металлической основы. Следует также отме­тить, что для любого рода примесных атомов и твердых растворов должны существовать критические соотношения между граничной концентрацией, кривизной границы и температурой, в пределах которых миграция гра­ниц может быть причиной сегрегации. Вне этих пределов либо невозможна миграция, либо она но должна приводить к сегрегации. Существуют и более сложные, но еще недостаточно проверенные представления о дру­гих возможных механизмах взаимодействия мигрирующих границ с при­месными атомами [155].
...
в зерне), растворимость их на границе снижается. При этом чем больше величина зерна, тем меньше растворимость примесей на гра­нице [50|.
...
Развитие высокотемпературной химической неоднородности, выражаю­щейся в сегрегации легирующих элементов или примесей по границам зерен, может быть вызвало и более простыми причинами, уже получив­шими в настоящее время экспериментальное подтверждение. Одна из них — выделение еще в твердом состоянии, в частности вследствие поли­морфных превращений, фаз, в которых растворимость данных элементов и примесей выше, чем в маточном твердом растворе. Примером может служить у —>■ б(а)-превращение в ряде сплавов железа и сталях при на­греве до температур, близких к 1400°.
...
Выделению высокотемпературного феррита по границам аустепитных зерен способствует: 1) наличие исходной (после а у-превращенпя) повышенной концентрации ферритообразующих элементов (Сг, W, Мо и др). в местах бывших карбидов, у которых остановились мигрирующие границы; 2) наибольшая степень разупорядоченности решетки аустенита вблизи границ рекристаллизованных зерен; 3) более легкая диффузия по границам. При определенных концентрационных и температурных условиях зародыши феррита становятся способными к росту, который происходит прежде всего вдоль границ н сопровождается диффузией Сг, W и других ферритизаторов к границам зерен, а С, Мп, Ni и других аусте-пизаторов — от границ в прилегающие к ним объемы аустенитной фазы. Нам представляется, что подобный путь рассуждений позволяет дать лучшее объяснение обнаруженному Б. А. Мовчаном [151] явлению сег­регации Сг и W в виде оторочки по границам зерен аустенита в сталях ЗОХГС и ХВГ при 1400° в условиях изотермического нагрева и в около­шовной зоне при сварке. Б. А. Мовчан объяснил это развитием адсорб­ционных процессов. Однако в соответствии с приведенным выше термо­динамическим анализом равновесной пограничной сегрегации (см. рис. 44) повышение температуры должно, наоборот, способствовать выравниванию концентрации легирующих элементов, если сплав однофазен.
...
Наконец, увеличение пограничной сегрегации и появление по гра­ницам зерен различных соединений и фаз (в том числе легкоплавких) можно связывать с оплавлением пограничных участков зерен и обогаще­нием жидкой фазы примесями и легирующими элементами за счет диффу­зии в соответствии с коэффициентами их распределения между твердой и жидкой фазами по диаграмме состояния.
...
Заметим, что наиболее резкое увеличение концентрации на границах при сварке не обязательно должно соответствовать самому большому возможному конечному размеру зерна. По-видимому, граничная кон­центрация вблизи температуры солидуса должна находиться в сложной зависимости от скорости нагрева. При очень высоких скоростях нагрева из-за ограничения роста зерна, а также диффузии примесей неравновес­ная граничная концентрация при Ттлх
...
в зерне), растворимость их на границе снижается. При этом чем больше величина зерна, тем меньше растворимость примесей на гра­нице [50|.
...
Развитие высокотемпературной химической неоднородности, выражаю­щейся в сегрегации легирующих элементов или примесей по границам зерен, может быть вызвало и более простыми причинами, уже получив­шими в настоящее время экспериментальное подтверждение. Одна из них — выделение еще в твердом состоянии, в частности вследствие поли­морфных превращений, фаз, в которых растворимость данных элементов и примесей выше, чем в маточном твердом растворе. Примером может служить у —>■ б(а)-превращение в ряде сплавов железа и сталях при на­греве до температур, близких к 1400°.
...
Выделению высокотемпературного феррита по границам аустепитных зерен способствует: 1) наличие исходной (после а у-превращенпя) повышенной концентрации ферритообразующих элементов (Сг, W, Мо и др). в местах бывших карбидов, у которых остановились мигрирующие границы; 2) наибольшая степень разупорядоченности решетки аустенита вблизи границ рекристаллизованных зерен; 3) более легкая диффузия по границам. При определенных концентрационных и температурных условиях зародыши феррита становятся способными к росту, который происходит прежде всего вдоль границ н сопровождается диффузией Сг, W и других ферритизаторов к границам зерен, а С, Мп, Ni и других аусте-пизаторов — от границ в прилегающие к ним объемы аустенитной фазы. Нам представляется, что подобный путь рассуждений позволяет дать лучшее объяснение обнаруженному Б. А. Мовчаном [151] явлению сег­регации Сг и W в виде оторочки по границам зерен аустенита в сталях ЗОХГС и ХВГ при 1400° в условиях изотермического нагрева и в около­шовной зоне при сварке. Б. А. Мовчан объяснил это развитием адсорб­ционных процессов. Однако в соответствии с приведенным выше термо­динамическим анализом равновесной пограничной сегрегации (см. рис. 44) повышение температуры должно, наоборот, способствовать выравниванию концентрации легирующих элементов, если сплав однофазен.
...
Наконец, увеличение пограничной сегрегации и появление по гра­ницам зерен различных соединений и фаз (в том числе легкоплавких) можно связывать с оплавлением пограничных участков зерен и обогаще­нием жидкой фазы примесями и легирующими элементами за счет диффу­зии в соответствии с коэффициентами их распределения между твердой и жидкой фазами по диаграмме состояния.
...
Заметим, что наиболее резкое увеличение концентрации на границах при сварке не обязательно должно соответствовать самому большому возможному конечному размеру зерна. По-видимому, граничная кон­центрация вблизи температуры солидуса должна находиться в сложной зависимости от скорости нагрева. При очень высоких скоростях нагрева из-за ограничения роста зерна, а также диффузии примесей неравновес­ная граничная концентрация при Ттлх
...
в зерне), растворимость их на границе снижается. При этом чем больше величина зерна, тем меньше растворимость примесей на гра­нице [50|.
...
концентрации по границам. Для однопроходной сварки и наплавки харак­терно в первом приближении прямо пропорциональное изменение скоро­стей нагрева и охлаждения. Поэтому при сварке на жестких режимах сохранившаяся начальная или достигнутая при Тпых
...
Положительное влияние повышения чистоты основного металла, температуры закалки перед сваркой и жесткости режима сварки было показано нами в работах [153, 157] на примере снижения склонности некоторых однофазных аустенитных сталей и никелевых сплавов к обра­зованию горячих трещин в околошовной зоне при сварке. Что касается перлитных и мартенситных сталей, то для снижения их склонности к об­разованию трещин (горячих и особенно холодных) увеличение темпера­туры закалки перед сваркой не может дать положительных результатов даже тогда, когда эти стали сваривают в закаленном состоянии, так как фазовый наклеп в процессе превращения при нагреве приводит к образо­ванию в околошовной зоне нового мелкого зерна аустенита. При этом чистота границ зерен в околошовной зоне в основном определяется усло­виями роста этих новых зерен и общей чистотой основного металла по вредным примесям. Как будет показано в гл. VI, интенсивный рост зерна в околошовной зоне почти всегда проявляется в повышении склонности этих сталей к трещинам (особенно к холодным при сварке па средних режимах).
...
Кинетика процесса гомогенизации аустенита в околошовной зоне углеродистых и легированных сталей при различных способах сварки
...
Кинетика процесса гомогенизации аустенита в условиях термического цикла сварки была изучена автором и Б. А. Смирновым [158] с целью выяснить следующие основные вопросы: 1) как развивается процесс гомо­генизации в период нагрева до температур, близких к температуре плав­ления и при последующем охлаждении; 2) существует ли взаимозависимость между процессами гомогенизации и роста зерна аустенита; 3) какова степень гомогенизации околошовной зоны при различных способах сварки в сравнении с обычной печной термообработкой; 4) каково влияние сте­пени гомогенизации в условиях термических циклов сварки на устойчи­вость аустенита и кинетику его превращения при охлаждении.
...
Результаты исследования первых трех вопросов изложены в этой главе, а последнего по соображениям стройности изложения — в гл. V.
...
Исследование проведено на сталях марок 45, 40Х и 20Х2МФ (см. приложение 1) по методике ИМЕТ-1 путем воспроизведения в образцах (см. рис. 21, а)
...
концентрации по границам. Для однопроходной сварки и наплавки харак­терно в первом приближении прямо пропорциональное изменение скоро­стей нагрева и охлаждения. Поэтому при сварке на жестких режимах сохранившаяся начальная или достигнутая при
...
Циклы Л примерно соответствуют термическим циклам околоптовной зоны: А1 — при электрошлаковоп сварке стали толщиной 80—100 мм;
...
Температурные интервалы гомогенизации аустенита в околошовной зоне стали
...
Рис. 50. Микроструктура образцов стали 45, вырезанных из листов различ­ной толщины и исследованных при нагреве по циклу А2 (см. рис. 47, А):
...
температуры 900—830°, т. е. до начала превращения, неоднородность аустенита меньше, чем при автоматической сварке под флюсом и особенно ручной дуговой сварке (циклы А2 и A3). При этом для стали 20Х2МФ AHD
...
см. цикл Б на рис. 51). В условиях же автоматической сварки под флю­сом (цикл А2 на рис. 47) процесс практически заканчивается уже в стадии охлаждения при 1050°, т. е. в течение 120 сек
...
В стали 20Х2МФ, нагретой по циклу Б, процесс гомогенизации в ус­ловиях изотермической выдержки при 900° протекает примерно так же, как в стали 45. Однако температура 900° явно недостаточна для раство­рения карбидов, сегрегатов и интенсивного протекания процессов диффу­зии. Поэтому интервал микротвердости, достигнутый после выдержки 15 мин
...
Таким образом, исследование процесса гомогенизации аустенита в ус­ловиях термического цикла сварки и изотермического нагрева (при 900°), принятого при печной термообработке, показывает, что при сварке бла­годаря более высоким температурам этот процесс протекает быстрее. При сварке процессу гомогенизации аустенита в околошовной зоне со­путствует рост зерна, а при печной термообработке он обычно протекает при неизменном в течение выдержки размере зерен.
...
В период роста зерна процесс гомогенизации по изменению интер­вала значений микротвердости не обнаруживается. Однако, если процесс гомогенизации после завершения роста зерна развивается в достаточно полной мере, как, например, при сварке углеродистой стали средней тол­щины под флюсом, то достигнутый в процессе роста размер зерна не ока­зывает влияния на конечную степень однородности аустенита перед на­чалом превращения при охлаждении.
...
В интервале максимальных температур от до 1000—1200° большая неоднородность аустенита обусловлена относительно невысокими тем­пературами нагрева и малыми длительностями пребывания металла выше точки ЛС{, вследствие чего процесс гомогенизации аустенита не успевает в достаточной мере развиться. При Ттах
...
тенсивного роста зерна ин­тервал высоких Гтах, огра­ничивающий участок с относительно более высо­кой неоднородностью (в околошовной зоне), рас­ширяется в сторону мень­ших Ттйх.
...
Аналогичная законо­мерность имеет место и в сталях, легированных хромом (40X) и сильными карбидообразующими эле­
...
(Гтах ^ 1200—1300°) вследствие повышения устойчивости аустенита при охлаждении за счет большого размера зерна и
...
§ 8. Кинетика процесса гомбгенизации бета-фазы технического титана в околошовной зоне при сварке. Взаимосвязь между процессами гомогенизации
...
Кинетика процесса гомогенизации (3-фазы в околошовной зоне была изучена автором и Г. В. Назаровым в условиях термического цикла, соответствующего условиям дуговой сварки под флюсом металла толщи­ной 3 мм.
...
Опыты с образцами в состоянии после прокатки (рис. 53) показывают, что в отличие от сталей в техническом титане увеличение среднего раз­мера зерна в процессе нагрева происходит не непрерывно, а с остановкой в некотором интервале температур, ширина которого зависит от скорости нагрева. При большой скорости нагрева (350 град/сек)
...
субзерен и блоков, что может являться следствием рекристаллизационных процессов, вызываемых фазовым наклепом (аустенита в сталях) или обусловленных незавершенностью рекристаллизации низкотемпературной фазы (в предварительно деформированном титане). Одним из косвенных доказательств роста блоков и субзерен в аустените при весьма высоких температурах является повышение мартенситной точки, объемной скорости мартенситного превращения и размеров образующихся кристаллов с уве­личением температуры закалки (см. гл-.V). Прямые доказательства, к со­жалению, получить весьма трудно, так как тонкое строение внутризерен-ной структуры может изменяться в процессе фазового наклепа при охла­ждении. В отличие от стали в титане фазовый наклеп мал и не может быть причиной заметного развития рекристаллизационных процессов в (i-фазе. Сохранение же в |3-фазе наследственной дислокационной струк­туры (из деформированной а-фазы) при быстром нагреве вполне реально в связи с малой скоростью рекристаллизационных процессов в а-фазе.
...
Рост зерен и субзерен может также поддерживать имеющуюся степень химической неоднородности за счет повышения концентрации некоторых легирующих элементов и примесей на границах в процессе их миграции. Кроме того, при высоких температурах дополнительно могут возникать новые искажения, связанные с объемными эффектами при растворении дисперсных остаточных фаз (например, карбиды в сталях, гидриды в ти­тане и т. д.) или образование новых (например, 6-феррит в сталях).
...
субзерен и блоков, что может являться следствием рекристаллизационных процессов, вызываемых фазовым наклепом (аустенита в сталях) или обусловленных незавершенностью рекристаллизации низкотемпературной фазы (в предварительно деформированном титане). Одним из косвенных доказательств роста блоков и субзерен в аустените при весьма высоких температурах является повышение мартенситной точки, объемной скорости мартенситного превращения и размеров образующихся кристаллов с уве­личением температуры закалки (см. гл-.V). Прямые доказательства, к со­жалению, получить весьма трудно, так как тонкое строение внутризерен-ной структуры может изменяться в процессе фазового наклепа при охла­ждении. В отличие от стали в титане фазовый наклеп мал и не может быть причиной заметного развития рекристаллизационных процессов в (i-фазе. Сохранение же в |3-фазе наследственной дислокационной струк­туры (из деформированной а-фазы) при быстром нагреве вполне реально в связи с малой скоростью рекристаллизационных процессов в а-фазе.
...
претерпевающий полиморфного превращения, был выбран для того, чтобы полностью исключить возможное влияние фазового наклепа на изучаемые процессы. Содержание примесей в молибдене было следующим (в %): С — до 0,2; 02 < 0,0035; Ti+W+Zr < 0,5. Начальный средний диаметр зерна составлял 0,04 мм.
...
Итак, в отожженном сплаве без полиморфного превращения изменение микротвердости определяется преимущественно химической неоднород­ностью. Интересно отметить, что в отличие от закаливающихся сталей электронномикроскопический анализ обработанных подобным же обра­зом образцов не выявил на молибдене границ субзерен и блоков, а показал беспорядочное распределение отдельных фигур травления или их скопле­ний внутри рекристаллизованных зерен.
...
Процессы фазовых превращений при нагреве сопровождаются обра­зованием нового мелкого начального зерна. Чем мельче исходная струк­тура стали и быстрее нагрев, тем мельче образующееся зерно аустенита. Если вследствие высокой скорости нагрева процессы превращения про­текают при более высоких температурах, то соответственно образуется более мелкое начальное зерно. Оно может возникать как непосредственно в интервале A0t — ACl,
...
Начальное зерно сохраняется без изменения в некотором интервале температур, ширина которого зависит от скорости нагрева (при непре­рывном нагреве) или длительности изотермической выдержки. Чем мед­леннее нагрев (или длительнее изотермическая выдержка), тем ниже тем­пература, при которой начинается рост зерна. Рост зерна или собира­тельная рекристаллизация происходит путем перемещения границ зерен, имеющих более высокую свободную энергию, чем впутризеренныо объемы. Этот процесс осуществляется диффузионным путем благодаря постепенному присоединению к кристаллической решетке растущего зерна атомов со­седних зорен. Так же как и процессы диффузии, процесс роста зерна опи­сывают экспоненциальными уравнениями в функции от температуры. Сплавы или стали сложного состава (даже одной и той же марки) не обладают одинаковой склонностью к росту зерна, и поэтому в каждом отдельном случае константы этих уравнений меняются. Практическая ценность подобных уравнений имеет место главным образом для чистых металлов или сплавов с несложным легированием.
...
претерпевающий полиморфного превращения, был выбран для того, чтобы полностью исключить возможное влияние фазового наклепа на изучаемые процессы. Содержание примесей в молибдене было следующим (в %): С — до 0,2; 02 < 0,0035; Ti+W+Zr < 0,5. Начальный средний диаметр зерна составлял 0,04 мм.
...
претерпевающий полиморфного превращения, был выбран для того, чтобы полностью исключить возможное влияние фазового наклепа на изучаемые процессы. Содержание примесей в молибдене было следующим (в %): С — до 0,2; 02 < 0,0035; Ti+W+Zr < 0,5. Начальный средний диаметр зерна составлял 0,04
...
Движущей силой процесса собирательной рекристаллизации является стремление системы понизить свободную энергию, прежде всего за счет уменьшения поверхности раздела между зернами.
...
В кинетике роста зерна можно различать три периода: 1) инкубацион­ный период, в течение которого зерно почти не изменяется в размере; 2) период интенсивного роста; 3) период затухания, когда процесс посте­пенно прекращается. В условиях изотермической выдержки при раз­ных температурах эти периоды очень, отчетливо заметны (рис. 55) [57].
...
глощают мелкие вследствие того, что гра­ницы перемещаются к центрам их кри­визны, а грани крупных зерен должны быть вогнутыми для того, чтобы образо­вывать с гранями смежных зерен равно­весные углы. Замедление роста зерна происходит из-за уменьшения движущей силы миграции, усиления задерживаю­щего действия сегрегатов примесей по мере уменьшения кривизны границ, а также от эффектов блокировки, кото­рые обусловлены структурными факто­рами х.
...
Движущей силой процесса собирательной рекристаллизации является стремление системы понизить свободную энергию, прежде всего за счет уменьшения поверхности раздела между зернами.
...




Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
Руководство по пайке металлов
Газовая сварка и резка металлов
Металловедение сварки стали и сплавов титана
Справочник по сварке и склеиванию пластмасс
Контактная сварка. В помощь рабочему-сварщику
Справочник молодого электросварщика по ручной сварке: Справ, пособие для средних ПТУ